血管平滑肌细胞亚群与动脉粥样硬化
报告人:王贵学
Bioengineering College of ChongQing University
2005-8-15
血管平滑肌细胞（VSMC）亚群是构成动脉粥样硬化病灶的主要细胞成分之一。近年来的研究表明，动脉粥样硬化病灶中的VSMC与正常动脉中膜中的VSMC不仅在表型上截然不同，而且起源也不相同；上皮形VSMC在动脉粥样硬化和血管发生过程中也许起着更重要的作用。
传统理论认为：在功能异常的内皮细胞和/或炎症细胞所分泌的生长因子、蛋白降解产物和细胞外基质的共同作用下，VSMC迁移（从中膜迁移至内膜）和增殖；同时伴随着VSMC的表型由收缩型向合成型转变。然而近来越来越多的证据不支持这种假说，而倾向于认为：动脉粥样硬化病灶中的VSMC与正常动脉中膜中的VSMC不仅在表型上截然不同，而且起源也不相同。因此有必要重新认识当前基于传统理论所建立的以抑制动脉中膜VSMC增殖、迁移和表型转变为目标的抗动脉内膜增生的治疗策略与方法。
背 景
动 脉 的 构 造
Mitchell, J. Clin. Invest. 2004.
最早从形态学角度出发将VSMC分为多个亚群的描述来自对大鼠颈动脉损伤模型的研究，有两种主要的VSMC：(1)一种是从正常动脉中膜获得的纺锤形VSMC,按照典型的峰-谷模式生长；(2)另一种是从动脉内皮损伤15天后的增生内膜中获得的上皮形VSMC,它们按单层方式生长,在融合后表现出卵石样形状。
无论是纺锤形VSMC还是上皮形VSMC均能从不同年龄的大鼠的大动脉中获得。尤其是纺锤形VSMC在大鼠胚胎发育的各阶段,新生大鼠和成年大鼠中均占统治地位。而上皮形VSMC在老年大鼠中占主要地位。这表明：在大鼠正常大动脉中膜中,上皮形VSMC的数量随年龄而增加。几个研究发现老年大鼠动脉内皮损伤引起的动脉内膜增生程度要大于成年大鼠，暗示着上皮形VSMC在动脉内膜增生中可能起着重要作用。
两种 VSMC 亚群
血管壁中VSMC亚群的分类(一)
种 属
大鼠
来 源
在血管中的位置
生物学形态
大动脉
大动脉
冠状动脉
新生内膜
损伤15天后的内膜
上皮形
纺锤形
上皮形或纺锤形
偶有鹅卵石状
新生内膜的内腔
大动脉
新生内膜的外腔
上皮形
纺锤形
大动脉
大动脉
损伤60天后的内膜
上皮形或纺锤形
新生内膜
冠状动脉
损伤15天后
纺锤形
血管壁中VSMC亚群的分类(二)
种 属
人
来 源
在血管中的位置
生物学形态
大动脉和肾动脉
大动脉
大动脉
腹主动脉
大动脉和颈动脉
肺动脉
冠状动脉
胸廓内动脉
中膜内腔
未发生和已发生的动脉粥样硬化内膜
同上
未发生动脉粥样硬化的血管
动脉粥样硬化血管
未发生动脉粥样硬化的血管
未发生动脉粥样硬化的血管
未发生和已发生
动脉粥样硬化的血管
单层或多层
拉长形或星状
拉长形或星状,不对称的多边形
平铺或纺锤形
球形或纺锤形
多边形或纺锤形
上皮形或纺锤形
上皮形或纺锤形
不同形态的VSMC
亚群
ac 纺锤形
b 上皮形
d 长斜方形
Hao, Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003
VSMC亚群的特征
大鼠 人
表现型 纺锤形 上皮形 纺锤形 上皮形
自律生长 - + - +
迁移活性 低 高 低 高
?-SM actin ++ + +++ ++
肌间线蛋白 +/- - ND ND
SMMHC + +/- +++ ++
smoothelin ND ND ND ND
SM22? ++ ND ND ND
Hao, Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003
不管来源于哪种种属,与纺锤形SMC相比,上皮形SMC表型有以下特征：
(1)对细胞因子或者炎症因子的反应性不同;
(2)蛋白水解活性提高;
(3)由收缩蛋白和细胞骨架蛋白的表达所定义的分化程度较低;
(4) 对凋亡刺激更敏感;
(5) 脂质代谢和基因表达产物不同；
（6）增殖能力和迁移能力更强；
（7）能在无血清环境中生长；
（8）对胰岛素样因子、碱性成纤维细胞因子、PDGF-BB更高的增殖反应性 。
上皮形和纺锤形VSMC表型的标志物
采用二维聚丙烯凝胶电泳技术,已经发现了几个能够区分上皮形VSMC和纺锤形VSMC的蛋白标志物。其中三种蛋白质已被测序而作为体外上皮形VSMC的表型标志物:CRBP-1(细胞维甲酸结合蛋白，一种与维甲酸代谢有关的蛋白质)、cytokeratins 8 及cytokeratins 18(后两者均为中间丝蛋白)。
在体内,CRBP-1在老年和成年大鼠动脉中膜VSMC中表达量非常少,而在新生大鼠的动脉中则不表达。当内皮细胞损伤后,CRBP-1在动脉中膜靠近血管腔面处的VSMC中快速活化,在动脉增生的内膜中高表达，然而在再内皮化后它却消失。增生动脉内膜的重构与VSMC的凋亡有关，CRBP-1在增生动脉内膜最初阶段的VSMC增生时期出现,在增生的动脉内膜中的凋亡细胞中也能检测到。其它研究也表明,再内皮化后的动脉增生内膜中(在损伤60天之后)的VSMC主要是纺锤形,间接表明上皮形VSMC已经消失。综上表明CRBP-1是体外上皮形VSMC和体内内皮损伤后活化的VSMC的标志物。
中间丝蛋白cytokeratins 8和cytokeratins 18,以及两种紧密连接蛋白zonulaoccluden-2和cingulin被认为主要在上皮或内皮细胞中表达,它们因此被认为是上皮形VSMC的标志物,主要在实验性动脉内膜增生或人类动脉粥样斑块中表达。
VSMC 的起源假说
在血管发生过程中,VSMC被证明依据不同的血管类型其起源亦不相同。这就导致一个假说的产生:不同表型的VSMC源自不同的细胞系。对鸡胚胎大动脉的研究证明能够从动脉的的不同区域分离到纺锤形和上皮形SMC,它们在胚胎起源上不同,即分别起源于中胚层和神经冠。其它的研究也发现TGF－β 和Calcineurin均可以诱导神经冠干细胞分化成VSMC，进一步支持不同VSMC亚群起源于不同细胞系的假说。
VSMC的形成过程中相关因子和细胞的共同作用
Sartore, et al. Circ Res. 2001
在受损反应中，细胞对新生内膜形成的贡献。灰色-移动，绿色-转化
Sartore, et al. Circ Res. 2001
e
1, 外膜的纤维原细胞在外膜或者中膜中可以转化成肌纤维原细胞
2. 纤维原细胞／肌纤维原细胞向内皮下空间的迁移能力非常强。
3. 新生内膜也可以由VSMCs 形成。作为专事修补的非成熟的VSMC细胞, NM-VSMCs
４.假定两个主要的表现型途径（纤维原细胞和NM-VSMCs／分化的VSMCs）会集于同一种或非常相似的细胞表现型。
i.e.l- 内弹性层
e.e.l-外弹性层
发生增生的动脉内膜中
上皮形VSMC的起源
近来许多研究表明：在由机械损伤、血管移植和动脉粥样硬化等所致的动脉内膜增生中，增生内膜中的VSMC至少有部分是血管外起源的，这些血管外的VSMC前体细胞可能包括循环干细胞/骨髓细胞和血管外膜成纤维细胞。只是尚不确定这些细胞是转分化成上皮形VSMC，还是与其它细胞融合而成上皮形VSMC。总之，除动脉中膜中的上皮形VSMC之外，血管外的循环干细胞/骨髓细胞和血管外膜成纤维细胞也是增生的动脉内膜中的上皮形VSMC的重要来源。因此在增生的动脉内膜中，上皮形VSMC可能存在着多个不同的起源。
血管损伤时，由纤维母细胞在相关因子作用下向 VSMC 细胞转化，并向内膜迁移。
Sartore, et al. Circ Res. 2001
n(w)-3 PUFA—聚不饱和脂肪酸
Estrogen——雌激素
讨 论
一、按照传统理论, 动脉粥样硬化中的上皮形VSMC主要来自正常中膜中VSMC,这些VSMC在多种炎症因子的作用下迁移至内膜,然后转分化成上皮形VSMC.然而这一理论受到了现有许多设计精妙的实验的挑战。这些实验依据所采用的动物模型的不同，分别证明了在一定的环境下,循环干细胞/骨髓细胞和血管外膜成纤维